Abc-ul calculatoarelor capitolul 1 – de la piatra la adn de ce folosesc oamenii calculatoarele?

BITI SI BYTES

Pentru o mai buna intelegere a modului in care lucreaza componentele unui calculator cred ca sunt absolut necesare prezentarea unor elemente de „baza”. Chiar si cele mai avansate calculatoare functioneaza pe principii similare calculatoarelor „slabute”.

   In primul rand trebuie spus ca toate calculatoarele folosesc semnale electrice pentru reprezentarea diverselor stari logice. Cele mai cunoscute sunt „adevarat” si „fals”, iar aceste stari pot fi asociate cu tensiuni pozitive (pentru starea „adevarat”) si tensiuni negative (pentru starea „fals”). Nu trebuie sa confundati cele doua stari logice cu starea fizica a calculatorului (pornit sau oprit). De obicei prezenta unui voltaj pozitiv indica existenta unui bit in timp ce absenta voltajului (sau un voltaj negativ) este o indicatie a lipsei unui bit.

   Inainte de anii '90 majoritatea computerelor foloseau tensiuni de +5V pentru starea „adevarat” si 0 sau –5V pentru starea „fals”. In zilele noastre tensiunile folosite sunt mai mici (2,5 –3,3V) si acest lucru este foarte bun deoarece componentele calculatorului degaja mai putina caldura.

   Daca vreodata ati folosit un calculator pentru mai mult de 5 minute ati auzit probabil de biti si bytes (memoria calculatorului, dispozitivele de stocare a datelor, dimensiunile fisierelor si multe altele): „calculatorul are un procesor 32 biti cu 64 megabytes de RAM si hard disk de 10 gigabytes”. In sectiunile urmatoare voi prezenta bitii si bytes pentru o intelegere completa a lor. Deci …
NUMERE ZECIMALE

Cea mai usoara metoda de a intelege bitii este sa-i comparati cu ceva ce cunoasteti: numerele zecimale (digiti). Un numar zecimal este reprezentat de o cifra cu valoare de la 0 la 9. Pentru a crea numere mai mari se folosesc combinatii de numere zecimale. De exemplu 1274 este un numar format din 4 cifre in care ”4” se afla pe pozitia unitatilor, „7” pe cea de-a zecilor, s.a.m.d. Cel mai simplu:

1274 = (1·1000) + (2·100) + (7·10) + (4·1)

Acelasi numar poate fi exprimat ca puteri ale lui 10:

1274 = (1·10³) + (2·10²) + (7·10¹) + (4·10⁰)

In viata de zi cu zi folosim sistemul zecimal („baza-10”) poate din cauza ca avem 10 degete la maini. DAR sistemul zecimal nu este singurul si din nefericire calculatoarele nu-l folosesc.

BITII

Computerele opereaza prin utilizarea unui sistem numeric in baza 2, cunoscut si sub numele de sistem binar. Folosirea sistemului binar de catre computere este data de faptul ca, in cazul tehnologiilor actuale, este mult mai usor de utilizat. Se pot realiza computere care sa opereze in baza 10 dar nu cred ca vor fi suficient de multi clienti care isi vor permite sa le cumpere.

   In locul cifrelor zecimale computerele folosesc cifrele binare. Cuvantul bit este de fapt prescurtarea de la „Binary digIT”. In timp ce in sistemul zecimal se folosesc 10 cifre cel binar nu are decat doua: 0 si 1 (ca de exemplu 10011111010). Cum se poate face corelatia dintre cele doua sisteme?

   Daca in cazul sistemului zecimal au fost folosite puteri ale lui 10 pentru compunerea numerelor, in cazul sistemului binar se folosesc puteri ale lui 2:

100 1111 1010

(1•2¹⁰) + (0•2⁹) + (0•2⁸) + (1•2⁷) + (1•2⁶) + (1•2⁵) + (1•2⁴) + (1•2³) + (0•2²) + (1•2¹) + (0•2⁰) = 1024 + 0 + 0 +128 + 64 + 32 + 16 +0 + 8 + 2 + 0 = 1274

In cazul numerelor binare fiecare bit reprezinta valoarea puterilor lui 2. De la 0 la 20 sistemul de valori este cel prezentat alaturi. Urmarind sirurile se poate vedea ca 0 si 1 sunt aceleasi ca in sistemul zecimal. La valoarea 2 se observa prima modificare (cand se aduna 1 cu 1 in sistemul binar primul bit devine 0 iar cel de-al doilea 1). Trecand de la 15 la 16 se observa ca mutarea se face cu toti cei 4 biti (1111 devine 10000).

   In cazul informatiei zecimale numararea incepe de la 0 iar cand se ajunge la 9 se trece la numere de ordinul zecilor: se adauga un 1 in fata si se reincepe numaratoarea de la 0.

   In cazul informatiei binare se porneste tot de la 0 dupa care urmeaza 1 dupa care se adauga un 1 in fata si se reincepe de la 0. Astfel numaratoarea binara arata cam asa: 0, 1 , 10, 11, 100, 101, 110, 111, 1000, 1001, 1010, etc
BYTES

Bitii nu sunt „singuri” in lumea computerelor. De cele mai multe ori „umbla” in grupuri de cate 8 iar aceste grupuri se numesc bytes. De ce sunt 8 biti intr-un byte? Din acelasi motiv pentru care sunt 12 cutite intr-o duzina! (decizia a fost luata cu peste 50 de ani in urma).

Folosind 8 biti intr-un byte se pot reprezenta valori asa cum se poate vedea si din sirul de mai jos:

  0 = 00000000

  1 = 00000001

  2 = 00000010

   ...

254 = 11111110

255 = 11111111

     ...

65534 = 1111111111111110

65535 = 1111111111111111

Bytes sunt folositi si pentru reprezentarea caracterelor dintr-un document text. In setul de caractere ASCII fiecarei valori binare de la 0 la 127 ii este corelata un caracter (litera, cifra, etc). Majoritatea calculatoarelor folosesc varianta extinsa a caracterelor ASCII (256).

In situatiile in care se folosesc mai multi (foarte multi) bytes apar prefixele va care simplifica mult viata: astfel se vorbeste de megabytes, gigabytes, etc. Alaturi va sunt prezentate prefixele si dimensiunile corespunzatoare.

Kilobytes (K sau KB) si megabytes (MB) sunt valorile cele mai utilizate definind dimensiuni de fisiere. In greaca, kilo inseamna "mii", mega inseamna"milioane". Un MB este echivalentul a circa 500 de pagini de text. Cand cineva va spune ca are un „hard disk de 10 giga” inseamna ca are o capacitate de stocare de circa 10 miliarde de bytes, sau mai precis 10.737.408.240 bytes.

Baze de date de ordinul terrabytes sunt ceva obisnuit in momentul de fata si cu siguranta exista si baze de date de tipul pentabytes (la Pentagon, USA).

BITI, BYTES, KILO,MEGA

Poate va intrebati: "ce reprezinta multiplii folositi pentru noi?". Voi incerca sa exemplific in cele ce urmeaza.

Valorile utilizate (indiferent ca este vorba de biti sau bytes) sunt atribuite caracteristicilor diverselor componente ale computerului, documentelor create sau utilizate de dumneavoastra si capacitatilor de stocare pe diverse dispozitive. Despre componentele calculatorului si caracteristicile lor voi vorbi in capitolele urmatoare asa ca nu mai insist aici.

In ceea ce priveste documentele, pe care le creati sau cu care lucrati, ele pot fi de mai multe tipuri. Raportat la fiecare tip de document dimensiunile acestuia sunt altele. Astfel:

1) Un document text (*.txt creat cu Notepad) care contine 1 caracter are 1 byte. Tot un document text (cu un singur caracter) dar creat cu alta aplicatie (Microsoft Word) are 20 kB (mai precis 19,5 KB (19.968 bytes)).

2) Un document cu text si imagini are o dimensiune mai mare decat acelasi document in situatia in care avea doar text. Dimensiunile pot varia de la zeci de kB la zeci de MB.

3) O imagine statica (in functie de tipul de imagine) poate avea dimensiuni de la zeci de kB la zeci de MB.

4) Un fisier de sunet (muzical) are dimensiuni de ordinul MB (in general zeci de MB).

5) Un film (sau o imagine animata) are dimensiuni de ordinul zeci de kB sau zeci de MB.

Vreau totusi sa intelegeti ca TOTUL ESTE RELATIV. Un document doar cu text poate avea o dimensiune mai mare chiar si decat un filmulet. De asemenea, o imagine poate fi mai mare (ca dimensiune) decat un filmulet. Cand vorbesc de un filmulet ma refer la un film de tipul unui clip publicitar. Cred ca realizati ca un film de 1,5 ore nu prea poate fi egalat la dimensiune de un document. Apropo, un film de cinema ocupa cam 700 - 1400 MB.

METADATE=DATE DESPRE DATE

Pentru buna desfasurare a procesului de intelegere a calculatorului consider ca mai sunt necesare cateva date despre date (sau metadate cum se numesc in lumea calculatoarelor). Deci, definitii:

* Campuri de date = unitatea de informatie semnificativa (numele unui document reprezinta un camp de date). Acestea sunt completate de utilizator sau alocate automat de calculator (de ce? pentru ca poate!)

* Inregistrare = (definitie data de multi) grup de campuri de date avand o conexiune logica si care sunt tratate ca o unitate.

* Document = date prelucrate de computer si stocate (memorate) pe unul din tipurile de memorie. Mai este numit fisier (file)

* Director = container (un fel de dosar) care contine documente (fisiere). Sunt utilizate pentru gruparea documentelor dupa diferite criterii pentru a fi administrate mai usor. Aveti un exemplu in imaginea alaturata.

SISTEMUL HEXAZECIMAL

O alternativa mai "lejera" de a lucra cu numerele binare este data de notatiile hexazecimale. Acestea sunt numere din "baza16" iar fiecare digit poate avea o valoare de la 0 la 15. Din moment ce 16 este 24 fiecare valoare de la 0 la 15 poate fi reprezentata de 4 biti. Aceasta inseamna ca 4 valori binare pot fi inlocuite de 1 valoare hexazecimala echivalenta. De exemplu, numarul 10110101 poate fi impartit in doua perechi de cate 4 biti (1011 si 0101). Cele doua perechi reprezinta numerele 11 si 5 astfel ca 10110101 in binar este echivalentul lui (11)5 in hexazecimal.

   Dar apare urmatoarea intrebare: avand 10 simboluri diferite cum putem reprezenta valorile in hexazecimal din moment ce avem nevoie de 16 simboluri? Folosirea valorii 11 ca reprezentand un bit creeaza confuzie. Pentru a anula problema numerele hexazecimale folosesc litere: A (pentru 10), B (pentru 11), C (pentru 12), D (pentru 13), E (pentru 14) si F (pentru 15). Deci in loc sa scriem (11)5 in hexazecimal vom scrie B5.

   De multe ori era dificil de spus daca un numar este scris in baza 10 sau in baza 16. De exemplu, "44" poate fi 44 din zecimal sau 68 din hexazecimal. Astfel, pentru a rezolva aceasta problema se folosesc un sufix ("h") sau un prefix ("0x"). Acum "B5 in hexazecimal", "B5h" sau "0xB5" inseamna acelasi lucru.

   Un set de 8 biti este un byte si conform numerelor hexazecimale B5 este un byte de informatie.

   Adresele calculatoarelor sunt adesea exprimate prin notatii hexazecimale. De exemplu, adresa portului I/O folosit de calculator pentru a "vorbi" cu imprimanta este 378h.

MATEMATICA BINARA

Asa cum deja stiti, singurul limbaj cunoscut de computere este cel dat de numerele binare. Calculul binar este similar cu cel zecimal exceptia fiind data de faptul ca fiecare bit poate fi 0 sau 1. Cele mai simple operatii sunt:

   0 +       0 +       1 +       1 +

0          1          0          1

   __         __         __         __

      0         1        1           10

Pentru a intelege mai bine va voi prezenta urmatorul exemplu:

Zecimal

192 +

741

______

933

Se aduna 2 cu 1 si se obtine 3. Apoi se aduna 9 cu 4 si se obtine 13. Se scrie 3 si „se tine minte” 1. Se aduna 1 cu 7 si cu 1 (cel tinut minte) si se obtine 9. OK

Binar

010 +

111

______

1001

Incepand de la dreapta: 0 + 1 = 1 (prima cifra). 1 + 1 = 10 (adica2 in zecimal), se scrie 0 si „se tine minte” 1. 0 + 1 + 1 (cel tinut minte) = 10, se scrie 0 „se tine minte” 1. 0 + 0 + 1 = 1. Deci rezultatul este 1001 (in zecimal ati adunat 2 + 7. Rezultatul este 9? Verificati).
TIPURI DE COMPUTERE

In momentul de fata exista 5 categorii de computere (din punct de vedere al tehnologiilor si tehnicii de prelucrare):

1) Microcomputere (PC) – calculatoarele cele mai utilizate (probabil si cel de la care cititi acest curs este un PC) [fig. 1]. Despre ele veti invata in acest curs, asa ca nu mai intru acum in detalii.

2) Minicomputere – computere create intre 1963 si 1987 de dimensiuni reduse si destul de "slabute" in raport cu celelalte calculatoare. Computere de nivel mediu, neportabile, create pentru realizarea de calcule complexe [fig. 2]. Minicomputerele erau caracterizate de capacitati (hardware si software) limitate. Costurile lor reduse le-au facut perfecte pentru o gama variata de aplicatii (de exemplu, controlul unui proces industrial unde un anume computer era folosit doar pentru un anumit tip de aplicatie). Sunt pe cale de disparitie.

3) Computere mainframe – calculatoare de dimensiuni mari (adesea ocupa o camera), foarte "puternice" dar si foarte scumpe. In general, sunt folosite in sistemul bancar, universitati sau organizatii guvernamentale. "Puterea" lor de lucru poate fi distribuita catre mai multi utilizatori care acceseaza mainframe-ul folosind PC-uri (considerate "intelligent terminals") sau terminale (numite "dumb terminals" deoarece nu au capacitate proprie de lucru). „Era” lor de glorie a fost in perioada 1980 –1991 dar acum sunt si ele pe cale de disparitie [fig. 3].

4) Supercomputerele – asa cum le spune si numele sunt computerele cele mai performante avand o putere de procesare extraordinara . Foarte rapide, cu capacitate extrem de mare de stocare a datelor sunt folosite in cercetare, modelare si simulare, predictii meteorologice, etc [fig. 4].

5) PDA – Personal Digital Assistant. Computere aflate la „moda”, de dimensiuni foarte mici (incap intr-un buzunar), cu functionalitate completa (pot fi utilizate chiar pentru citirea postei electronice - email). Sunt folosite mai ales pe post de agende electronice [fig. 5].

Din punct de vedere constructiv se disting urmatoarele tipuri de computere:

TIPURI DE COMPUTERE

1) Computerele de birou - cele mai accesibile si utilizate tipuri de computere. Le gasim peste tot si incercam sa invatam despre ele in acest curs. [Figura 1]. Asa cum am mai spus IBM a inventat PC-ul, toate computerele personale create de atunci incoace fiind compatibile cu design-ul original (bineinteles aparand modificari de-a lungul timpului). In era de inceput a calculatoarelor, majoritatea PC-urilor foloseau un sistem de operare numit DOS (Disk Operating System). Acum ele ruleaza sisteme de operare produse de compania Microsoft (Windows 95, Winodws 98, Windows 2000, Windows Xp, etc). Totusi, exista si computere Apple Mac care sunt computere DAR NU PC-uri. Computerele Apple Mac folosesc alt sistem de operare si necesita alte versiuni pentru aplicatiile cu care lucreaza utilizatorii. In prezent, diferentele dintre PC si Mac sunt si mai sterse (Microsoft a cumparat o parte din compania Apple).

2) Laptop-uri ([Figura 2]) si Notebook-uri ([Figura 3]) - computere portabile (de dimensiunea unei genti diplomat). Au sursa de curent incorporata asa ca pot fi luate in deplasari. Ofera functionalitatea pe care o au si computerele de birou.

4) Palmtop-uri - de asemenea computere portabile dar de dimensiuni reduse (cat o palma, de aici si numele de "palm"). [Figura 4]

PC-URILE

Un PC este un instrument cu posibilitati multiple de utilizare construit in jurul unui microprocesor. Are foarte multe componente care lucreaza impreuna si il consider ca fiind "un instrument cu posibilitati multiple de utilizare" deoarece sunt enorm de multe activitati care se pot baza pe utilizarea unui calculator: cercetare, simulari, studii, analize de date, prelucrari de date, comunicare pe Internet, etc. (chiar si acest curs pe care il cititi a fost scris folosind un calculator si il cititi folosind un calculator).    Un sistem computerizat este format din trei componente principale: componenta hardware: Dispozitive interne Dispozitive periferice componenta software componenta umana    Componenta "software" este cea care determina "inteligenta" calculatorului. Se pot face chiar anumite analogii cu corpul uman: partea hardware este organismul iar partea software este mintea. Daca procesorul este "creierul" atunci software-ul este ceea ce creierul gandeste. Intr-o forma sau alta tot ce se intampla intr-un computer este controlat de software.    Indiferent de dimensiune, firma producatoare, preturi sau alti factori practic fiecare calculator este compus din unul sau mai multe procesoare, memorie, precum si din circuite de introducere a datelor ("input"-uri) si circuite de transfer al rezultatelor ("output"-uri). O schema va este prezentata alaturi.

PC-URILE IN INTERIOR

PC-urile sunt calculatoarele folosite la birouri si pe care le intalnim din ce in ce mai mult in din ce in ce mai multe activitati. In mod normal toate calculatoarele au in comun un set de componente.

In interior

1. Placa de baza: principala placa de circuite de care sunt conectate celelalte componente.

2. Magistrale de comunicare.

3. Procesorul (CPU, microprocesor) este "creierul" sistemului computerizat.

4. Memoria - mediu de stocare rapida a datelor. Rapiditatea este necesara deoarece este conectat direct de microprocesor. Este de mai multe tipuri:

4.1 RAM (Random Acces Memory)

4.2 ROM (Read Only Memory)

4.3 Cache

4.4 Memoria virtuala

5. Dispozitive de stocare a datelor (hard disk) - mediu de stocare de capacitate mare utilizat pentru pastrarea programelor si a documentelor.

6. Placa de sunet (Sound Card) - placa folosita de calculator pentru a inregistra si difuza fisiere audio (sunete).

7. Placa grafica (Graphics Card) - "traduce" datele care compun imaginile intr-un format care sa poata fi prezentat pe monitorul calculatorului.

8. AGP (Accelerated Graphics Port) - conexiune ultrarapida folosita de placa video in comunicarea cu computerul.

9. Sursa de alimentare (Power supply) - transformator care asigura curentul electric necesar computerului.

10. Placa de retea (NIC - Network Interface Card) - placa folosita pentru a conecta calculatorul la o retea locala de calculatoare sau la Internet.

11. Porturi:

11.1. Paralele: port utilizat in general pentru imprimante

11.2. Seriale: folosite pentru conectare la alte dispozitive (modem, diverse placi , etc)

11.3. USB (Universal Serial Bus): introduse recent au marele avantaj de a permite transferuri de date la rate mari de transfer.

11.4. Firewire (IEEE 1394): foarte popular deoarece este utilizat pentru conectarea la calculator a camerelor digitale si a multor altor dispozitive.

12. BIOS (Basic Input / Output System).

13. Sistemul de operare - software fundamental ce realizeaza interfata prin care ii este permis utilizatorului sa foloseasca computerul.

14. altele ...
PC-URILE LA EXTERIOR

La exterior 1. Monitorul - dispozitiv principal de afisare a informatiilor de la computer 2. Tastatura - dispozitiv de introducere a datelor in calculator. 3. Mouse - dispozitiv de introducere a datelor in calculator. 4. Utilizatorul (cred ca sunt necesare explicatii).
	Multe persoane considera ca utilizatorul este "cea mai importanta componenta" a unui PC. NU SUNT DE ACORD! Chiar si persoanele cu cunostinte minime despre computere pot opera la un PC. NICI un calculator nu va functiona fara componentele necesare (hardware sau software) indiferent de "cat de destept" este utilizatorul.
In plus, in functie de activitatile la care este folosit calculatorul, in configuratia unui PC pot apare si componente aditionale.

ROLURILE UNUI CALCULATOR

Toate computerele, de la cele de dimensiunea camerelor la laptop-uri sau PDA-uri, gestioneaza cam in acelasi fel informatia. Ceea de tehnologiile au schimbat este tipul de informatie gestionata, modul de gestionare, cantitatea care poate fi prelucrata, cat de repede si cat de eficient poate fi prelucrata informatia. In finalul acestui capitol voi incerca sa identific principalele roluri ale unui computer.

Procesarea informatiei

   Cand incercati sa definiti ce face un calculator primul raspuns care va vine in minte este: "calculeaza". DAR aceasta este doar o mica particica din toate sarcinile sale. "Calculare" este doar o varianta a termenului de "transformare a informatiei". In marea parte a timpului computerul realizeaza operatii matematice (schimband unele numere in alte numere) si "traduceri" de informatie (cand de exemplu informatia pe care eu o scriu pe tastatura apare acum pe monitor si ulterior va fi imprimata).

   O forma speciala de informatie pe care computerul o proceseaza sunt instructiunile. Acestea sunt comenzi prin care programatorii ii spun calculatorului ce are de facut. Cand un utilizator foloseste un calculator el de fapt "vorbeste" cu un program care la randul sau "vorbeste" cu calculatorul.

Stocarea informatiei

   Calculatorul stocheaza tipuri diverse de informatie in diferite moduri (in functie de tipul de informatie care urmeaza a fi pastrata, cat spatiu de stocare necesita si cat de repede trebuie accesata). In general, informatiile sunt stocate "pe termen lung" sau "pe termen scurt" in memoria calculatorului.

Comunicare si transfer de date

   Computerul controleaza si transferul de informatie dintr-un loc intr-altul. El "citeste" informatia pe care au o introduc la tastatura, o transfera in memorie, o afiseaza pe ecran apoi o stocheaza intr-un fisier. Acest transfer de date se numeste input/ouput (I/O) si defineste modul in care computerul "discuta" cu dispozitivele atasate de el si cu componentele pe care le contine.

   Transferul de date intre calculatoare este o alta parte importanta a lumii computerelor. Fara a fi surprinzator, de cele mai multe ori acest transfer de date se numeste comunicare.
INTREBARI

 1. Care este principiul de functionare al computerelor.

  2. Care sunt partile componente ale unui computer.

  3. Care sunt modurile de prezentare ale informatiei.

  4. Ce este un bit.

  5. Ce este un byte.

  6. Care sunt multiplii utilizati pentru exprimarea cantitatilor mari de informatie.

  7. Ce este un camp de date.

  8. Ce este o inregistrare.

  9. Ce este un document.

10. Ce este un director.

11. Care sunt tipurile de computere.

12. Care sunt componentele unui PC.

13. Ce componente se afla in interiorul computerului.

14. Ce componente se afla in exteriorul computerului.

15. Care sunt rolurile unui computer.

 

CAPITOLUL III – COMPONENTE HARDWARE INTERNE

Din capitolul anterior ati aflat ca orice calculator este format din mai multe componente, una dintre ele fiind componenta hardware .
Aceasta la randul ei este formata din dispozitive interne si dispozitive periferice.
  In acest capitol voi trata toate componentele hardware interne ale unui calculator astfel incat la final sa stiti unde se afla, cum arata, cum functioneaza si mai ales cum functioneaza cel mai bine fiecare piesa aflata in cutia pe care multe persoane o definesc ca fiind "CALCULATORUL" .
Sa incepem calatoria ….  

pe care multi o vor considera placuta (sper).